CN106706059A - 一种容积式流量计量装置及其计量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种容积式流量计量装置，包括计量码盘和采样控制模块，所述计量码盘设置有至少两个计量反射区，所述采样控制模块包括多个检测装置和控制单元；所述计量发射区与所述多个检测装置的安装位置将所述计量码盘分为多个分段区域，以多个检测装置检测到的分段区域表示计量码盘的位置状态。另外，本发明还公开了一种容积式流量计量装置的计量方法。采用本发明，提高了检测频率，降低了能耗。

Description

一种容积式流量计量装置及其计量方法

技术领域

本发明设计一种流量计量装置，特别涉及一种容积式流量计量装置及其计量方法。

背景技术

目前，容积式流量计量装置通常采用磁计量和红外计量两种方式对流量进行计量：采用磁传感器装置是通过感受磁场变化，通过将磁信号转换成为电信号用计量的体积变化，但当受到外部磁场干扰时很难实现准确计量。

红外计量方案主要是通过一组或多组红外对管对流量的变化进行计量。通常采用光电传感器采集信号，然后将光信号转换成电信号，根据电信号来计量流量的变化。目前红外线计量方案中为了降低容积式流量计量装置整体的能耗，通常采用降低采样频率的方法来实现，这样的方式导致采样频率大多小于1HZ，频率的降低导致无法实现大流量下的高精度流量计量；但是如果要提高频率的话，则会导致能耗的增加。

发明内容

本发明的目的提供一种容积式流量计量装置及其计量方法，提高高了检测频率，降低了能耗。

为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种容积式流量计量装置，该装置包括：计量码盘和采样控制模块，所述计量码盘设置有至少两个计量反射区，所述采样控制模块包括多个检测装置和控制单元；所述计量发射区与所述多个检测装置的安装位置将所述计量码盘分为多个分段区域，以多个检测装置检测到的分段区域表示计量码盘的位置状态；

所述检测装置，用于向计量码盘发送信号并接收经计量码盘反射介质发射的信号，并将信号发送到控制单元；

所述控制单元，存储有计量码盘位置状态编码，用于根据接收的多个信号确定多个检测装置检测到的计量码盘的区域，并根据多个区域的分布确定当前计量码盘的位置状态编码，并将当前位置状态编码与已存储的前一次的位置状态编码比较，确定前后两次转动的角度差；并根据所述确定的角度差统计相应的流量。

所述控制单元存储有预设的第一门限值；控制单元接收的信号为电压信号；所述计量码盘的反射区为两个，所述两个反射区对应两种颜色反射介质；

所述控制单元，用于在接收到电压信号小于n次时，将前后两次接收的电压信号的差值与第一门限值进行比较，确定当前计量码盘的颜色，并根据颜色与计量码盘不同分段区域的对应关系，确定计量码盘当前的位置状态，并存储该位置状态的编码；

其中，n为预设值。

所述控制单元还存储有第二门限值，所述第二门限值为所述控制单元最近n次接收的采样数据的平均值，n为预设值；控制单元接收的信号为电压信号；所述计量码盘的反射区为两个，所述两个反射区对应两种颜色反射介质；

所述控制单元，用于在接收到电压信号多于n次时，将前后两次接收的电压信号的差值与第二门限值进行比较，确定当前计量码盘的颜色，并根据颜色与计量码盘不同分段区域的对应关系，确定与计量码盘当前的位置状态，并存储该位置状态的编码。

所述检测装置为红外线检测装置，所述红外线检测装置包括一对红外线发射单元和红外线接收单元，所述红外线检测装置的数量为三个，三对所述红外线发射管和红外线接收管相互呈120度设置。

所述红外线检测装置表面到计量码盘表面的间距小于3mm。

所述检测装置还包括上拉电阻，所述上拉电阻的一端与电源输入端连接，所述上拉电阻的另一端与红外线接收管的输出端连接；所述上拉电阻用于调整检测装置的内阻，以将红外线接收管接收的光信号转换为电压信号。

另外，还包括：采样电路；所述采样电路的一端与检测装置的输出端连接，所述采样电路的另一端与控制单元的采样端连接；

所述采样电路，用于采集来自所述多个检测装置的电压信号，并将所述电压信号后发送至控制单元；

所述采样电路为模数采样电路。

相应的，本发明还提供一种容积式流量计量装置的计量方法，所述容积式流量计量装置包括：：计量码盘和采样控制模块，所述计量码盘设置有至少两个计量反射区，所述采样控制模块包括多个检测装置和控制单元；所述计量反射区与所述多个检测装置对应设置，所述计量发射区与所述多个检测装置的安装位置将所述计量码盘分为多个编码区；所述控制单元存储有计量码盘位置状态编码；

该方法包括：

多个检测装置按照预设频率向计量码盘发送信号、接收计量码盘反射的信号，并将接收的信号发送至控制单元；

控制单元，根据接收的多个信号确定当前计量码盘的位置状态编码，并将当前位置状态编码与已存储的前一次的位置状态编码比较，确定前后两次转动的角度差；并根据所述确定的角度差统计相应的流量。

所述控制单元预设有第一门限值；控制单元接收的信号为电压信号；所述计量码盘的反射区为两个，所述两个反射区对应两种颜色反射介质；

该方法还包括：

所述控制单元在接收的电压信号小于n次时，将前后两次接收的电压信号的差值与第一门限值进行比较，确定当前计量码盘的颜色，并根据颜色与编码的对应关系，确定与计量码盘当前的位置编码；

其中，n为预设值。

所述控制单元还存储有第二门限值，所述第二门限值为所述控制单元最近n次接收的采样数据的平均值，n为预设值；

该方法还包括：控制单元接收的信号为电压信号；所述计量码盘的反射区为两个，所述两个反射区对应两种颜色反射介质；

所述控制单元在接收到电压信号大于n次时，将前后两次接收的电压信号的差值与第二门限值进行比较，确定当前计量码盘的颜色，并根据颜色与编码的对应关系，确定与计量码盘当前的位置编码。

本发明的容积式流量计量装置的计量码盘根据计量反射区和多个检测装置的安装位置将计量码盘分为多个区域，并以多个检测装置检测到的区域表示计量码盘的位置状态，多个检测装置的设定提高了确定计量码盘位置状态的精度；每个位置状态都以状态编码进行存储，方便了位置的存储；并且通过前后两次的状态编码的比较确定转动的角度差，实现流量的统计，提高了流量统计的精度。

附图说明

图1是本发明一种容积式流量计量装置的第一实施例的示意图；

图2是本发明一种容积式流量计量装置的计量码盘与光电检测装置的位置关系示意图；

图3是本发明一种容积式流量计量装置的计量码盘的分区的一种实施例的示意图；

图4是本发明一种容积式流量计量装置的光电检测装置的一种实施例的示意图；

图5是本发明一种容积式流量计量装置的第二中实施例的示意图；

图6是本发明一种容积式流量计量装置的计量方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

参考图1，该图是本发明一种容积式流量计量装置的第一实施例示意图，该装置包括：计量码盘1和采样控制模块2，其中采样控制模块包括多个检测装置21和控制单元22；计量码盘1与计量装置的机械驱动机构连接，被该机械驱动机构进行转动；检测装置21用于向计量码盘发送光信号并接收经计量码盘发射介质发射的光信号，并将所述光信号转换为电压信号；控制单元22用于根据接收的电压信号确定每个光电检测装置检测到的计量码盘的区域，根据确定的检测装置对应的区域确定当前计量码盘的位置状态编码；将当前位置状态编码与已存储的前一次的位置状态编码比较，确定前后两次转动的角度差；并根据确定的角度差统计相应的流量；

计量码盘1，设置有至少两个计量反射区，不同的反射区设置不同颜色的反射介质，其中整个计量码盘均可为反射区，而不同反射区的区分是通过反射介质来实现的，即通过不同颜色的反射介质来区分。例如，当反射区为两个时，其反射介质的颜色为两种，即为双色反射介质，这两种颜色可以为白色和黑色，光信号发射至反射介质表面时会产生发射，由于两种颜色都光的反射强度不同，相应的不同颜色反射的光信号的强度也不同；另外，计量反射区与多个检测装置的安装位置将计量码盘分为多个分段区域，本文所说的分段区域，即将计量码盘的圆周分为多段，具体的方法是按照每个分段对应单一反射介质的颜色，然后再结合检测装置的位置进行分段。例如，当反射介质为两种颜色，检测装置为3个时，这是计量码盘的圆周被分为6个分端。

检测装置21，可以采用光电检测装置，例如红外线光电检测装置，或者其他的光电检测装置；

控制单元22，存储有计量码盘位置状态编码，具体进行存储时，通常存储有多个检测装置检测到的计量码盘的分段区域标号与计量码盘位置状态编码的对应关系；例如设置多个检测装置检测到的区域分别为1-3-5时，计量码盘的位置状态编码为110；

本实施例根据计量码盘的反射介质和检测装置的数量，将计量码盘分为多个区域，控制单元根据每个检测装置检测的信号确定检测装置检测到的计量码盘颜色，进而确定计量码盘的位置状态，并存储计量码盘的位置状态编码，这样就可以通过前后两次的位置状态编码进行比较，确定前后两次转动的角度差，实现了流量的统计；一方面，从测装置的数量上看，多个光电检测装置提高了检测信号的准确度；另外，对将计量码盘分为多个分段区域，以检测装置检测到的分段区域表征计量码盘的位置状态，并通过控制单元存储每个计量码盘的位置状态编码，方便了计量码盘位置状态的存储；而且通过前后两次位置状态编码的比较来确定计量码盘转动的角度差，减少了统计的误差，调高了统计数据的精确度。

参见图2，该图是本发明一种容积式流量计量装置的计量码盘与光电检测装置的位置关系示意图，计量码盘1设置有双色反射结合分别为黑色反射介质11和白色反射介质12；本实施例中设置有3个光电检测装置2，分别为第一光电检测装置211、第二光电检测装置212和第三光电检测装置213；每个光电检测装置均设置有一对光发射管和光接收管，三对光发射管和光接收管(简称为三对光电管)面向计量码盘设置，三对光电棺之间呈120度，每对光电管的中心位置对准计量码盘圆环中心位置。参考图3，可以根据3个光电检测装置的设置位置和计量码盘双色的反射介质，将计量码盘可以分为6等份，每份60°，即6个区域，这样对于计量精度6m3表(计量装置)，回转体积1.2L，识别精度0.2L(现有表计量精度10L)。按顺序标号1-6，其中1-3为黑色，4-6为白色。三个红外传感器采样到的数据符合以下情况：

对应位置

1、3、5

2、4、6

3、5、1

4、6、2

5、1、3

6、2、4

编码

110

100

101

001

011

010

区域号

一

二

三

四

五

六

计量码盘旋转过程中，红外线光接收管采样可能会采样到黑白码盘交界处，接收到的数据可能发生误判，由于采用了多个光电检测装置，即多对光发电管，通过使用差量累积的方式可避免采样的误差。例如采样的区域顺序是5-1-3，因为码盘转速不均匀，可能导致红外对管处于6、1交界位置偏1，应该是1区域这样码盘转过2个区域认为使用0.4L气体，但采样值判断为6区域，那么认为漏计0.2L。但在下一次计量时码盘旋转到3区域，控制单元判断是从6区域作为起点的，经过3个区域因此计量增加0.6L，这样就将之前缺少的0.2L弥补回来，保证计量总量不发生误差。

参考图4，该图是本发明一种容积式流量计量装置的光电检测装置的一种实施例的示意图，该光电检测装置包括：光电发射管201、光电接收管202、上拉电阻203、限流电阻204，光电发射管201的阳极连接有限流电阻204的一端连接，限流电阻204的另一端与电源输入端VCC连接，电源输入端VCC还与上拉电阻203的一端连接，上拉电阻203的另一端与输出端连接，光电接收管202与限流电阻的公共端作为光电检测装置的输出端。

本技术方案中限流电阻204和上拉电阻203作为光电检测装置的内阻，调整他们的阻值可以调整光电检测装置的内阻，从而光信号转换为电压信号。光电接收管202的内阻变化速率与通过其的电流以及光强度相关，在光强度一定时，通过电流越大内阻变化率越快，光强度亦然；由于整体功耗要求限制限流电阻204的阻值不能很小，而结构距离限制及光线需要经过码盘反射，导致光强度较弱，为保证内阻变化速率，需要尽量提升电流，就需要适当减小上拉电阻203的值，本技术方案中的上拉电阻203的阻值可以保持在较小的阻值，因此能够保证红外接收管的电压信号的稳定；具体的，对于6m³表的最大流量为7.2m³/h即最大流量条件下每秒通过2L的气体，因为采样精度要求0.2L，所以每秒要采样10次才能够满足要求即计量频率至少满足10Hz。

为保证采样精度，通常情况下采样频率至少要满足2倍的计量频率，因此采样频率20Hz(即50ms采样一次)。

因为系统为锂电池供电，为保证系统电压稳定性、红外对管接收灵敏度高，每组红外对管采样期间的电流小于4mA。

根据要求计量系统的整体功耗要小于0.25Ah/年，即平均功耗小于57uA，换算得到红外对管的最大动作时间为713us。

因为要求保证计量精度，并且能够判断计量码盘的转动方向及气体流速是否过快，使用三组红外对管分别呈120°夹角放置。因此每一组红外对管的工作时间要求小于237us(即237us内完成电压采集)。

在这样的工作时间内要为保证红外接收管的电压信号号稳定、可靠，就需要接受管电路的上拉电阻保持在较小的阻值，本技术方案中的光电检测装置恰好可以满足这样的需求。

参考图5，该图是本发明一种容积式流量计量装置的第二中实施例的示意图，该实施例与第一实施例不同的是，本实施例还包括采样电路3，该采样电路的一端与光电检测装置的输出端连接，另一端与控制单元的连接，用于采集来自光电检测装置的电压信号，并将该电压信号传输至控制单元；该采样电路为模数(AD)采样电路。

下面对本发明的另一方面进行说明。

参考图6，该图是本发明一种容积式流量计量装置的计量方法的流程示意图，该方法包括如下步骤：

步骤s11，多对检测装置按照预设频率向计量码盘发送信号，并接收计量码盘反射的信号；

步骤s12，检测装置将接收的信号发送至控制单元；

步骤s13，控制单元接收来自采样电路的电压信号；

步骤s14，控制单元根据接收的来自采样电路的电压信号确定光电检测装置检测到的计量码盘的颜色；

步骤s15，控制单元根据计量码盘的颜色确定每个检测装置检测到的计量码盘的分段区域；

步骤s16，控制单元根据确定的检测装置对应的分段区域确定当前计量码盘的位置状态编码；

步骤s17，控制单元将当前位置状态编码与已存储的前一次的位置状态编码比较，确定前后两次转动的角度差；

步骤s18，控制单元根据所述确定的角度差统计相应的流量。

需要说明的，本技术方案的容积式流量计量装置包括：计量码盘、多个光电检测装置和控制单元；计量码盘由材质相同颜色不同的两个半圆构成，根据计量码盘反射介质的颜色和检测装置的安装位置，将计量码盘分为多个区域，每个区域对应单一的颜色；控制单元存储有多个检测装置检测的检测区域与计量码盘位置状态编码的对应关系。

另外，在步骤S12和S13之间还可以包括通过采样电路进行采集的步骤，具体的为：采样电路采集来自光电检测装置的电压信号，并进行模数转换后输出至控制单元。

此外，上述步骤s14在具体实现时，控制单元在接收的电压信号时，将前后两次接收到的电压信号的差值与门限值进行比较，若前后两次产生电压差值大于第一门限值，则确定前后两次的颜色不同，因此可以根据前一次的颜色，确定当前的颜色；

为了保证电压比较门限变化的趋势与采样信号的整体趋势相同，具体实现时使用了递归的方式即开辟一块预设的n个字节的缓存区域，例如20次，将最近20次AD采集到的黑、白的切换电压存入其中，再取平均值。当采集到第21次的数据时，用其替换第一次的数据，依次类推实现循环。该门限值在次称为第二门限值，当控制单元接收的收据大于n次时使用。如下表所示：

当控制单元接收的数据小于预设的n次时，此时的门限值为预设的定值，在此称为第一门限值。

本发明实施例的计量方法中设置的门限值可以随着采样数据进行变化，因此及时随着时间的延长，计量码盘的反射介质的颜色发生变化，例如褪色变色等，也能够通过于第二门限值的比较确定计量转盘的转动角度，提高了计量码盘的统计精度。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种容积式流量计量装置，其特征在于，包括：计量码盘和采样控制模块，所述计量码盘设置有至少两个计量反射区，所述采样控制模块包括多个检测装置和控制单元；所述计量发射区与所述多个检测装置的安装位置将所述计量码盘分为多个分段区域，以多个检测装置检测到的分段区域表示计量码盘的位置状态；

所述检测装置，用于向计量码盘发送信号并接收经计量码盘反射介质发射的信号，并将信号发送到控制单元；

所述控制单元，存储有计量码盘位置状态编码，用于根据接收的多个信号确定多个检测装置检测到的计量码盘的区域，并根据多个区域的分布确定当前计量码盘的位置状态编码，并将当前位置状态编码与已存储的前一次的位置状态编码比较，确定前后两次转动的角度差；并根据所述确定的角度差统计相应的流量。

2.根据权利要求1所述的容积式流量计量装置，其特征在于，所述控制单元存储有预设的第一门限值；控制单元接收的信号为电压信号；所述计量码盘的反射区为两个，所述两个反射区对应两种颜色反射介质；

所述控制单元，用于在接收到电压信号小于n次时，将前后两次接收的电压信号的差值与第一门限值进行比较，确定当前计量码盘的颜色，并根据颜色与计量码盘不同分段区域的对应关系，确定计量码盘当前的位置状态，并存储该位置状态的编码；

其中，n为预设值。

3.根据权利要求1所述的容积式流量计量装置，其特征在于，所述控制单元还存储有第二门限值，所述第二门限值为所述控制单元最近n次接收的采样数据的平均值，n为预设值；控制单元接收的信号为电压信号；所述计量码盘的反射区为两个，所述两个反射区对应两种颜色反射介质；

所述控制单元，用于在接收到电压信号多于n次时，将前后两次接收的电压信号的差值与第二门限值进行比较，确定当前计量码盘的颜色，并根据颜色与计量码盘不同分段区域的对应关系，确定与计量码盘当前的位置状态，并存储该位置状态的编码。

4.根据权利要求1所述的容积式流量计量装置，其特征在于，所述检测装置为红外线检测装置，所述红外线检测装置包括一对红外线发射单元和红外线接收单元，所述红外线检测装置的数量为三个，三对所述红外线发射管和红外线接收管相互呈120度设置。

5.根据权利要求4所述的容积式流量计量装置，其特征在于，所述红外线检测装置表面到计量码盘表面的间距小于3mm。

6.根据权利要求4所述的容积式流量计量装置，其特征在于，所述检测装置还包括上拉电阻，所述上拉电阻的一端与电源输入端连接，所述上拉电阻的另一端与红外线接收管的输出端连接；所述上拉电阻用于调整检测装置的内阻，以将红外线接收管接收的光信号转换为电压信号。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的容积式流量计量装置，其特征在于，还包括：采样电路；所述采样电路的一端与检测装置的输出端连接，所述采样电路的另一端与控制单元的采样端连接；

所述采样电路，用于采集来自所述多个检测装置的电压信号，并将所述电压信号后发送至控制单元；

所述采样电路为模数采样电路。

8.一种容积式流量计量装置的计量方法，其特征在于，所述容积式流量计量装置包括：计量码盘和采样控制模块，所述计量码盘设置有至少两个计量反射区，所述采样控制模块包括多个检测装置和控制单元；所述计量反射区与所述多个检测装置对应设置，所述计量发射区与所述多个检测装置的安装位置将所述计量码盘分为多个编码区；所述控制单元存储有计量码盘位置状态编码；

该方法包括：

多个检测装置按照预设频率向计量码盘发送信号、接收计量码盘反射的信号，并将接收的信号发送至控制单元；

控制单元，根据接收的多个信号确定当前计量码盘的位置状态编码，并将当前位置状态编码与已存储的前一次的位置状态编码比较，确定前后两次转动的角度差；并根据所述确定的角度差统计相应的流量。

9.根据权利要求8所述的容积式流量计量装置的计量方法，其特征在于，所述控制单元预设有第一门限值；控制单元接收的信号为电压信号；所述计量码盘的反射区为两个，所述两个反射区对应两种颜色反射介质；

该方法还包括：

所述控制单元在接收的电压信号小于n次时，将前后两次接收的电压信号的差值与第一门限值进行比较，确定当前计量码盘的颜色，并根据颜色与编码的对应关系，确定与计量码盘当前的位置编码；

其中，n为预设值。

10.根据权利要求8或9所述的容积式流量计量装置的计量方法，其特征在于，所述控制单元还存储有第二门限值，所述第二门限值为所述控制单元最近n次接收的采样数据的平均值，n为预设值；

该方法还包括：控制单元接收的信号为电压信号；所述计量码盘的反射区为两个，所述两个反射区对应两种颜色反射介质；

所述控制单元在接收到电压信号大于n次时，将前后两次接收的电压信号的差值与第二门限值进行比较，确定当前计量码盘的颜色，并根据颜色与编码的对应关系，确定与计量码盘当前的位置编码。